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1. (WO2017110930) WEARABLE MOTION ASSISTING DEVICE PERFORMANCE EVALUATION DEVICE AND PERFORMANCE EVALUATION METHOD
Document

明 細 書

発明の名称 装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

非特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007   0008   0009   0010  

課題を解決するための手段

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019  

発明の効果

0020  

図面の簡単な説明

0021  

発明を実施するための形態

0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075  

符号の説明

0076  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法

技術分野

[0001]
 本発明は、装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法に関し、特に装着者の腰部の動作をアシストする動作補助装置の性能を客観的に評価する装置に適用して好適なるものである。

背景技術

[0002]
 近年、身体障害者や高齢者、健常者の日常生活や労働中の動作を補助あるいは代行する種々のパワーアシスト装置が開発されている。パワーアシストとしての装着式電気機械装置としては、例えば、利用者(以下「装着者」という)に装着される装着式動作補助装置がある。
[0003]
 装着式動作補助装置には、装着者からの入力を検出する手段として、ボタンやスイッチからなる従来の操縦装置や、装着者の体重移動や身体の動き、生体信号、音声、ジェスチャーを検出するセンサを備え、この入力に応じた動力(アシスト力)を駆動源に発生させるための指令信号(制御信号)を生成する制御手段が備えられている(例えば、非特許文献1)。

先行技術文献

非特許文献

[0004]
非特許文献1 : Takao Nakai, Suwoong Lee, Hiroaki Kawamoto and Yoshiyuki Sankai,“Development of Power Assistive Leg for Walking Aid using EMG and Linux,” Second Asian Symposium on Industrial Automation and Robotics, BITECH, Bangkok, Thailand, May 17-18, 2001

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 ところで、このような装着式動作補助装置は、最近特に多数の製造メーカが発売しており、生活支援用といっても作業支援用や介護支援用と分類されるとともに、駆動方式も電動式や油圧空気圧駆動式など多々存在する。
[0006]
 このため製造メーカに関係なく、腰補助用の装着式動作補助装置の性能を統一して評価する客観的な基準が要求される。
[0007]
 しかし、装着者が装着式動作補助装置を装着した状態で、荷物を把持しながら持ち下げ、姿勢維持及び持ち上げといった一連の動作パターンを行う際、左右の膝関節及び左右の股関節にどの程度の力のアシスト力がどのタイミングで発生しているかなどを、製品種類に関わらず統一して評価する装置は未だ存在していなかった。
[0008]
 実際に性能評価装置を構築するにあたって、両脚の各関節の屈曲伸展に伴うアシスト力のみならず、股関節の内外転可動域の度合いの性能も評価する必要があるため、非常に煩雑になると予測される。
[0009]
 従って、性能評価装置としては、脚関節の屈曲伸展によるアシスト力と股関節の内外転可動域とを同一装置にて容易に性能評価することができるものを構築することが望ましい。
[0010]
 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置を比較的簡易な構成で効率良く性能評価することが可能な性能評価装置及び性能評価方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0011]
 かかる課題を解決するために本発明においては、装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価装置において、第1及び第2の駆動源が内蔵された基台と、基台と一対の大腿リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ第1の駆動源の駆動力が伝達される左右の膝関節と、各大腿リンクと体幹リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ第2の駆動源の駆動力が伝達される左右の股関節と、各股関節における体幹リンクに対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出するトルク検出部と、体幹リンクの姿勢と各股関節及び各膝関節の回転角度とを、装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、第1及び第2の駆動源による駆動力を制御する制御部とを備え、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じたトルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価するようにした。
[0012]
 この結果、基台に内蔵されている第1及び第2の駆動源が、一対の大腿リンクのうち一方(左側又は右側)の膝関節と他方(右側又は左側)の股関節のみ能動関節として駆動力を分配して伝達させることができ、伝達エラーの発生確率を極力低減することが可能である。
[0013]
 さらに一対の大腿リンクのうち一方(左側又は右側)の大腿リンクに連結する膝関節及び股関節が両方とも能動関節にした場合には、膝関節や股関節内のベルト駆動の配設状態が煩雑になり干渉し合う不具合を発生するおそれがあるため、そのような不具合発生を未然に防ぐことが可能となる。
[0014]
 また本発明においては、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じたトルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断するようにした。
[0015]
 この結果、装着式動作補助装置が誤動作または故障した時点で所定レベルの制動力を発生しない場合は、不合格として評価することが可能となる。
[0016]
 さらに本発明においては、各股関節のうち少なくとも一方は、大腿リンクに対してロール方向に回転可能であるとともに、当該大腿リンクにおける基台との連結が解除可能であり、股関節のロール方向の軸線に作用する力成分を検出する力成分検出部と、股関節のロール方向の軸線の回転角度を検出する回転角度検出部とを装置内部又は別体としてさらに備え、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、大腿リンクのロール方向に外力が付与された際に、力成分検出部及び回転角度検出部の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による内外転可動域の性能を評価するようにした。
[0017]
 この結果、一対の膝関節及びそれぞれ対応する股関節の屈曲伸展に伴うアシスト力の性能評価のみならず、一方(右側又は左側)の股関節の内外転可動域の性能評価も同一装置において容易に行うことが可能となる。
[0018]
 さらに本発明においては、体幹リンクのうち装着者の腰部に対応する部位に、当該部位にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた負荷検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による装着者の腰部への負荷を推定するようにした。
[0019]
 この結果、装着式動作補助装置の装着者の腰部にかかる負担をどの程度軽減されているか判断することが可能となる。

発明の効果

[0020]
 本発明によれば、脚関節の屈曲伸展によるアシスト力や股関節の内外転可動域の性能評価のみならず、装着者の腰部にかかる負荷推定を全て同一装置にて行うことができる装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法を実現することができる。

図面の簡単な説明

[0021]
[図1] 本発明の実施形態にかかる性能評価装置の外観構成を示す斜視図、側面図及び正面図である。
[図2] 同実施形態にかかる性能評価装置の内部機構系を示す斜視図、正面図及び側面図である。
[図3] 同実施形態にかかる性能評価装置のアシスト力の性能評価の説明に供する略線図である。
[図4] 同実施形態にかかる実際に装着式動作補助装置を人型動作試験部に装着した状態の斜視図、側面図及び正面図である。
[図5] 本発明の実施形態にかかる性能評価装置の外観構成を示す斜視図、側面図及び正面図である。
[図6] 同実施形態にかかる性能評価装置の内部機構系を示す斜視図、正面図及び側面図である。
[図7] 同実施形態にかかる性能評価装置の内外転可動域の性能評価の説明に供する略線図である。
[図8] 他の実施形態にかかる性能評価装置の外観構成を示す斜視図、側面図及び正面図である。

発明を実施するための形態

[0022]
 以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
[0023]
(1)装着式動作補助装置の性能評価装置の構成
 図1(A)~(C)は本実施の形態における性能評価装置1を示し、床面に固定して載置される基台2を基準として、人型動作試験部3が当該基台2の上部に可動自在に連結された構成からなる。
[0024]
 人型動作試験部3は、人間の膝から上側の身体部分とほぼ同様の外形形状を有しており、人間が物を持ち上げてから持ち下げるまでの腰部に負担をかける一連の動作を擬似的に行い得るように関節機構が設けられている。
[0025]
 性能評価装置1の基台2は、比較的高い重量の材質で形成されており、人型動作試験部3の腕部に荷物等を保持した状態であっても、各関節の駆動時において床面2に固定されたまま人型動作試験部3のみが稼働するようになされている。
[0026]
 基台2には、電動アクチュエータからなる第1及び第2の駆動源5、6(図2)がそれぞれ内蔵されており、制御部10(図2)からの制御に応じて駆動制御される。この制御部10は、基台2に取り付けられてもよく、無線又は有線の通信方式により外部のパーソナルコンピュータ(図示せず)を適用するようにしてもよい。
[0027]
 性能評価装置1において、基台2には、人型動作試験部3の左右の膝関節11、12がそれぞれ第1及び第2の駆動源5、6に対応して埋設されており、当該各膝関節11、12には対応する大腿リンク13、14がそれぞれ連結されている。そして左右の大腿リンク13、14には、それぞれ股関節15、16を介して体幹リンク20が連結されている。
[0028]
 体幹リンク20は、人間の胴体部及び頭部を模倣した外観構成を有し、これらが一体となって成形されており、当該頭部の左右下側にはそれぞれ肩関節21、22を介して腕リンク25L、25Rが回動自在に連結されている。
[0029]
 左右の腕リンク25L、25Rは、略コ字状に繋がって一体化された構成からなり、それぞれ端部が肩関節21、22によって回動自在に支持されている。両腕リンク25L、25Rの繋がり部位である中央部25Mには、所望重量の荷重を付加することが可能である。
[0030]
 肩関節21、22は、例えばボルト締め等により締結力が調整可能になされ、回動方向への摩擦力を調整することができるようになされている。実際のアシスト力の性能評価時においては、両腕リンク25L、25Rは動作中は鉛直下向きに向くことが可能なように、回動方向の摩擦力を調整しておく。
[0031]
(2)アシスト力の性能評価における駆動伝達系
 図2(A)~(C)に示す性能評価装置1において、第2の駆動源6は、左右の膝関節11、12のうち右側の膝関節12のみを能動駆動させるとともに、第1の駆動源5は、左右の股関節15、16のうち左側の股関節15のみを能動駆動させるように構成されている。
[0032]
 左右の膝関節11、12は、それぞれ大腿リンク13、14に対してピッチ方向(Y軸回り)に回動自在に連結されており、右側の膝関節12が第2の駆動源6の駆動力が伝達されることにより、両方ともピッチ方向に回転する。
[0033]
 具体的には、第2の駆動源6の出力軸と右側の膝関節12の回転軸とにベルト30が掛合され、当該第2の駆動源6の駆動力がベルト30を介して右側の膝関節12の回転軸に伝達される。
[0034]
 左右の股関節15、16は、体幹リンク20に対してピッチ方向(Y軸回り)に回動自在に連結されており、左側の股関節15が第1の駆動源5の駆動力が伝達されることにより、両方ともピッチ方向に回転する。
[0035]
 具体的には、第1の駆動源5の出力軸と左側の膝関節11の回転軸に回動自在に設けられた従属ローラ31とにベルト32が掛合され、当該第1の駆動源5の駆動力がベルト32を介して従属ローラ31に伝達される。従属ローラ31と左側の股関節15の回転軸とにベルト33が掛合され、当該従属ローラ31に伝達される回転力がベルト33を介して左側の股関節15の回転軸に伝達される。
[0036]
 その際、左側の股関節15は、右側の股関節16の回転駆動に伴ってピッチ方向に回転するが、その回転軸には第1の駆動源5からの駆動力が伝達されることなく受動駆動される。すなわち左側の膝関節15の回転軸に取り付けられた従属ローラ(プーリ)31が、掛合された2本のベルト32、33とともに、第1の駆動源5の駆動力を左側の股関節15の回転軸に伝達する媒体の役割を果たしている。
[0037]
 このように左側の大腿リンク13の角度に依存して、左側の膝関節11の従属ローラ31の角度も変わるためベルト33の方向も変わるが、第1の駆動源5の駆動力は当該従属ローラ31を介して左側の股関節15のピッチ方向の回転軸に伝達される。
[0038]
 図3(A)~(C)に示すように、左側の股関節15の回転軸には、体幹リンク20に対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出するためのトルク検出部40が設けられている。このトルク検出部40は、右側の股関節16の回転軸に設けるようにしても良い。またトルク検出部40を基台2内に設けておき、第1の駆動源5の駆動電流の電流値を検出することにより、当該電流値に基づいてトルク値に変換するようにしても良い。
[0039]
 制御部10は、体幹リンク20の姿勢と各股関節15、16及び各膝関節11、12の回転角度とを、装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、第1及び第2の駆動源5、6による駆動力を制御して、右側の膝関節12をピッチ方向に回転駆動させると同時に左側の股関節15をピッチ方向に回転駆動させる。
[0040]
 なお体幹リンク20の腰椎にあたる部分には6軸力センサ41を設けておき、腰椎部分のピッチ方向(Y軸回り)、ロール方向(X軸回り)及びヨー方向(Z軸回り)のいずれの回転方向に加わるトルク、及び3軸力を検知して、当該検知結果を制御部10に送信し得るようになされている。
[0041]
 実際に、図4(A)~(C)に示すように、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置(例えば、特願2014-198655参照)50を、人型動作試験部2における両大腿リンク13、14と体幹リンク20及び肩関節21、22のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておき、制御部10は、第1及び第2の駆動源5、6の駆動制御に応じたトルク検出部40の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50によるアシスト力の性能を評価する。
[0042]
 なおアシスト力の性能評価方法としては、持ち下げ、姿勢維持及び持ち上げの動作パターンを1セットとし、例えば10セットが終了するまで繰り返し行う。持ち上げ動作及び持ち下げ動作においては、所要時間の所定範囲内(例えば、-0.4 sを超え、+0.4 s未満となる時間内)に体幹角度が目標角度の所定範囲(例えば、-5°以上または+5°未満)に至った場合は、その動作を終了し、次の動作に移る。この条件を満たさない場合は、その時点で不合格と評価して試験を中断する。
[0043]
 また姿勢維持の動作においては、所定の所要時間が経過するまで行い、その時間内において、関節角度が目標角度の所定範囲外(例えば、-5°未満または+5°以上)に至った場合は、その時点で不合格と評価して試験を中断する。
[0044]
 制御部10は、装着式動作補助装置50を両大腿リンク13、14及び体幹リンク20に固定して装着した状態で、第1及び第2の駆動源5、6の駆動制御に応じたトルク検出部40の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する。
[0045]
 実際に装着式動作補助装置50は、以下のような基準を満たすようにブレーキ機能及びロック機能を有していなければならない。(1)該当する単一の機能不全、誤動作又は故障の検出タイミングに同期した作動対応、(2)アシスト力を発生させる全てのアクチュエータの運動の制動、(3)検出から所定時間(200ms:腰部への急な負荷の増加に対して人が十分な力を発揮するまでの応答時間)以内に最大アシスト力を上回る制動力の発生、(4)作動中に装着者が手動で解除可能又は制動力を超えて駆動可能、(5)ISO 13849-1に規定されるパフォーマンスレベルb以上の充足。
[0046]
 装着式動作補助装置50において、アシスト力を発生させる全てのアクチュエータへの動力供給が遮断された場合、装着者の腰部にはその直前にアシスト力が担っていた全ての負荷が掛かる。このため十分早い応答速度でブレーキ又はロックを作動させ、その制動力がロボットの最大アシスト力を上回れば、急な負荷の増大に起因する腰部への負荷が軽減できると考えられる。
[0047]
(3)内外転可動域の性能評価における駆動伝達系
 図5(A)~(C)に示す性能評価装置1において、人型動作試験部3の左右の股関節15、16のうち右側の股関節16は、大腿リンク14に対してピッチ方向(Y軸回り)の回転軸のみならずロール方向(X軸回り)の回転軸も連結されている。
[0048]
 そして図6(A)~(C)に示すように、左右の膝関節11、12のうち右側の膝関節12は、第2の駆動源6の出力軸との連結状態を維持したまま(能動関節部分を残したまま)一部が分離して離反することができるように構成されている。
[0049]
 これにより、試験者は、右側の大腿リンク14における膝関節12との連結部分を把持しながら、当該股関節12を基準にロール方向(内外転方向)に移動させることができる。
[0050]
 図7(A)及び(B)に示すように、この右側の大腿リンク14における膝関節12との連結部分からは、ワイヤ60を介してフォースゲージ(力成分検出部)61が取り付けられており、当該股関節16のロール方向の軸線Xに作用する力成分を検出する。力成分検出部としては、フォースゲージ61以外にも、右側の股関節16のロール方向の回転軸に3軸力トルクセンサ(図示せず)を設け、当該ロール方向の軸線に作用するトルクに基づいて力成分を検出するようにしてもよい。
[0051]
 また右側の股関節16におけるロール方向の回転軸には、角度センサ(回転角度検出部)62が設けられており、体幹リンク20に対するロール方向の軸線Xの回転角度を検出する。この回転角度検出部としては、角度センサ62以外にも、外部から角度計(図示せず)を用いた測定結果に基づいて、ロール方向の軸線Xの回転角度を検出するようにしてもよい。
[0052]
 なお体幹リンク70における左右の股関節15、16の中央と基台2との間には、挿入自在に棒状の支柱70を取り付けることができ、右側の膝関節12の連結が解除されて基台2から離反した場合でも、左側の脚(膝関節11、大腿リンク13、股関節15)と支柱70とによって確実に人型動作試験部3の荷重の一部を支持し得るようになされている。
[0053]
 実際に、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置(例えば、特願2014-198655参照)50を、人型動作試験部3における両大腿リンク13、14と体幹リンク20及び肩関節21、22のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておき、制御部10は、試験者による操作に応じて、フォースゲージ(力成分検出部)61及び角度センサ(回転角度検出部)62の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50による内外転可動域の性能を評価する。
[0054]
 ちなみに外転可動角度は、実際に装着者が装着式動作補助装置50の使用における持ち上げ動作時または着座時の開脚に対する追従性を考慮すると、15度以上の角度を超える必要がある。
[0055]
(4)腰部負荷推定における駆動伝達系
 性能評価装置1において、人型動作試験部3の体幹リンク20のうち装着者の腰部に対応する部位には、当該部位にかかる負荷を検出するための負荷検出部として6軸力センサ41が設けられている。
[0056]
 すなわち負荷検出部としての6軸力センサ41は、装着式動作補助装置50を装着している装着者の腰部負荷がアシストによりどのように変わるかという変化率を、人型動作試験部3の体幹リンク20の腰部への対応部位にかかる圧縮力及び曲げモーメントを測定することにより模擬的に求めることができる。
[0057]
 人間の椎間板の圧縮応力を模擬するには、背筋とその制御が必要であるため、試験装置が複雑になるが、上述のようにアシストの有無により圧縮力と曲げモーメントがどの程度変化するかを評価すれば、ほぼ同等の効果を得ることができる。
[0058]
 実際に、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置(例えば、特願2014-198655参照)50を、人型動作試験部3における両大腿リンク13、14と体幹リンク20及び肩関節21、22のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておき、制御部10は、第1及び第2の駆動源5、6の駆動制御に応じた負荷検出部としての6軸力センサ41の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50による装着者の腰部への負荷を推定する。
[0059]
 なお、腰部負荷推定による評価方法としては、腰部Z軸方向の圧縮力と、腰部Y軸回り(ピッチ方向)のモーメントとの関係性から、腰部負荷軽減の度合いを求めることが可能である。
[0060]
(5)本実施の形態による動作
 以上の構成において、性能評価装置1では装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置50を、人型動作試験部2における両大腿リンク13、14と体幹リンク20及び肩関節21、22のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておく。
[0061]
 制御部10は、第1及び第2の駆動源5、6の駆動制御に応じたトルク検出部40の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50によるアシスト力の性能を評価するとともに、当該装着式動作補助装置50の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する。
[0062]
 この結果、装着式動作補助装置50が持ち下げ、姿勢維持及び持ち上げといった一連の動作パターンにおいて所定のアシスト力を発生しない場合や、誤動作または故障した時点で所定レベルの制動力を発生しない場合は、不合格として評価することが可能となる。
[0063]
 このように性能評価装置1では、基台2に内蔵されている第1及び第2の駆動源5、6が、人型動作試験部2の左右の大腿リンク13、14のうち一方の膝関節12と他方の股関節15のみ能動関節として駆動力を分配して伝達させることができ、伝達エラーの発生確率を極力低減することが可能である。
[0064]
 これに対して、左右の大腿リンク13、14のうち一方の大腿リンクに連結する膝関節及び股関節が両方とも能動関節にした場合には、膝関節や股関節内のベルト駆動の配設状態が煩雑になり干渉し合う不具合を発生するおそれがある。
[0065]
 続いて、性能評価装置1の右側の大腿リンク14を、試験者が把持しながら右側の股関節16をロール方向の軸中心として開脚又は交差させることにより、フォースゲージ(力成分検出部)61及び角度センサ(回転角度検出部)62の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50による内外転可動域の性能を評価する。
[0066]
 このように性能評価装置1では、両膝関節11、12及び両股関節15、16の屈曲伸展に伴うアシスト力の性能評価のみならず、右側の股関節16の内外転可動域の性能評価も容易に行うことが可能である。
[0067]
 この結果、装着式動作補助装置50が所定の内外転可動域を有しない場合は、不合格として評価することが可能となる。
[0068]
 さらに性能評価装置1では、制御部10は、第1及び第2の駆動源5、6の駆動制御に応じた、体幹リンク20の腰部に対応する部位の圧縮力と曲げモーメントである負荷検出部としての6軸力センサ41の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置50による装着者の腰部への負荷を推定する。
[0069]
 この結果、装着式動作補助装置50の装着者の腰部にかかる負担をどの程度軽減されているか判断することが可能となる。
[0070]
(6)他の実施の形態
 なお本実施の形態においては、性能評価装置1を用いて装着式動作補助装置50のアシスト力及び内外転可動域を評価するとともに装着者の腰部への負荷を推定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、装着者の腰部の動作をアシストするロボットであれば、その他種々の装着式動作補助装置を適用することができる。
[0071]
 この装着式動作補助装置としては、介護支援用や作業支援用にかかわらず適用でき、装着方式も腹部装着形や肩部装着形でも適用できる。また駆動方式も電動式や油圧空気式を問わず適用でき、動力源も内部動力源のみならず外部動力源でも適用できる。さらに入力方式としては、生体信号式、連動フェーズ推定式やスイッチ式など広く適用できる。
[0072]
 また本実施の形態においては、体幹リンク20の左右上側にそれぞれ肩関節21、22を介して、略コ字状に繋がって一体化された構成からなる腕リンク25L、25Rを回動自在に支持しておき、両腕リンク25L、25Rの繋がり部位である中央部25Mに所望重量の荷重を付加するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、肩関節及び腕リンクは回転自在とすることなく、単なる錘として設けるようにしても良い。
[0073]
 すなわち図1(A)~(C)との対応部分に同一符号を付して示す図8(A)~(C)において、性能評価装置80は、図1の性能評価装置1とは、人型動作試験部81における体幹リンク20の両側上部に設けられた肩部の構造が異なることを除いて同一の構成からなる。
[0074]
 人型動作試験部81は、体幹リンク20の両側上部にそれぞれ同一の所望重量の錘からなる略円柱形状の一対の肩部82L、82Rが取り付けられている。この結果、荷重を付加したコ字型の両腕リンク25L、25Rを肩関節21、22を介して回動自在に支持する場合よりも安定して動作させることが可能となる。
[0075]
 すなわち錘としての肩部82L、82Rと、荷重を付加した両腕リンク25L、25Rとでは、慣性モーメントが同一ではなく、錘として場合の方が上体全体で1割程度低くなるが、その相違が問題になる程度の角加速度では人間による持ち上げ動作では到達しないため、誤差を無視することが可能となる。また錘としての肩部82L、82Rは、荷重を付加した両腕リンク25L、25Rが鉛直下向きに垂れている場合は、抗重力トルクは等しい。

符号の説明

[0076]
 1、80……性能評価装置、2……基台、3、81……人型動作試験部、5……第1の駆動源、6……第2の駆動源、10……制御部、11、12……膝関節、13、14……大腿リンク、15、16……股関節、20……体幹リンク、21、22……肩関節、25L、25R……腕リンク、25M……中央部、30、32、33……ベルト、31……従属ローラ、40……トルク検出部、41……6軸力センサ、50……装着式動作補助装置、60……ワイヤ、61……フォースゲージ、62……角度センサ、70……支柱、82L、82R……肩部。

請求の範囲

[請求項1]
 装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、前記装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価装置において、
 第1及び第2の駆動源が内蔵された基台と、
 前記基台と一対の大腿リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第1の駆動源の駆動力が伝達される左右の膝関節と、
 前記各大腿リンクと体幹リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第2の駆動源の駆動力が伝達される左右の股関節と、
 前記各股関節における前記体幹リンクに対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出するトルク検出部と、
 前記体幹リンクの姿勢と前記各股関節及び前記各膝関節の回転角度とを、前記装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、前記第1及び第2の駆動源による駆動力を制御する制御部とを備え、
 前記制御部は、前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた前記トルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価する
 ことを特徴とする装着式動作補助装置の性能評価装置。
[請求項2]
 前記制御部は、
 前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた前記トルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する
 ことを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
[請求項3]
 前記各股関節のうち少なくとも一方は、前記大腿リンクに対してロール方向に回転可能であるとともに、当該大腿リンクにおける前記基台との連結が解除可能であり、
 前記股関節のロール方向の軸線に作用する力成分を検出する力成分検出部と、
 前記股関節のロール方向の軸線の回転角度を検出する回転角度検出部と
 を装置内部又は別体としてさらに備え、
 前記制御部は、前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記大腿リンクのロール方向に外力が付与された際に、前記力成分検出部及び前記回転角度検出部の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による内外転可動域の性能を評価する
 ことを特徴とする請求項1又は2に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
[請求項4]
 前記体幹リンクのうち前記装着者の腰部に対応する部位に、当該部位にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、 
 前記制御部は、前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた前記負荷検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による前記装着者の腰部への負荷を推定する
 ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
[請求項5]
 前記体幹リンクと一対の腕リンクとの間に連結され、当該体幹リンクに対して回動自在に取り付けられた肩関節をさらに備え、
 前記腕リンクの所定位置に所望重量の荷重が付加された際、前記肩関節を介して前記荷重を回動自在に支持する
 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
[請求項6]
 前記体幹リンクの両側上部にそれぞれ同一の所望重量の錘からなる一対の肩部をさらに備える
 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
[請求項7]
 装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、前記装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価方法において、
 第1及び第2の駆動源が内蔵された基台と、前記基台と一対の大腿リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第1の駆動源の駆動力が伝達される左右の膝関節と、前記各大腿リンクと体幹リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第2の駆動源の駆動力が伝達される左右の股関節とを備えておき、
 前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、
 前記体幹リンクの姿勢と前記各股関節及び前記各膝関節の回転角度とを、前記装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、前記第1及び第2の駆動源による駆動力を制御しながら、前記各股関節における前記体幹リンクに対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出し、
 前記第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた前記トルクの検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価する
 ことを特徴とする装着式動作補助装置の性能評価方法。
[請求項8]
 前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた前記トルクの検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する
 ことを特徴とする請求項7に記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
[請求項9]
 前記各股関節のうち少なくとも一方は、前記大腿リンクに対してロール方向に回転可能であるとともに、当該大腿リンクにおける前記基台との連結が解除可能であり、
 前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記大腿リンクのロール方向に外力が付与された際に、前記股関節のロール方向の軸線に作用する力成分及び当該軸線の回転角度に基づいて、当該装着式動作補助装置による内外転可動域の性能を評価する
 ことを特徴とする請求項7又は8に記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
[請求項10]
 前記体幹リンクのうち前記装着者の腰部に対応する部位に、当該部位にかかる負荷を検出し、
 前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第1及び第2の駆動源の駆動制御に応じた前記負荷の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による前記装着者の腰部への負荷を推定する
 ことを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
[請求項11]
 前記体幹リンクと一対の腕リンクとの間に連結され、当該体幹リンクに対して回動自在に取り付けられた肩関節をさらに備え、
 前記腕リンクの所定位置に所望重量の荷重が付加された際、前記肩関節を介して前記荷重を回動自在に支持する
 ことを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
[請求項12]
 前記体幹リンクの両側上部にそれぞれ同一の所望重量の錘からなる一対の肩部をさらに備える
 ことを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]